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《西南交通大学》 2007年
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纳米碳材料用作电化学超级电容器电极材料的研究

蔡玉冬  
【摘要】: 本论文以纳米碳材料为超级电容器电极基体材料,从碳材料的制备工艺和条件、碳材料的表面改性、碳材料掺杂导电氧化物及电极的制备工艺四个方向,研究了纳米碳材料的制备方法、结构、性能以及应用于电容器电极的电化学性能影响。采用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、X射线衍射、N_2吸附等测试手段,对材料表面形貌和孔结构进行研究。利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗测试研究超级电容器的电化学性能。 用柠檬酸络合法制备出LaNiO_3和La_2NiO_4两种催化剂前驱体,以化学气相沉积法分别制备碳纳米管。TEM结果显示:所得的碳纳米管的内径分别约为25-30nm和10-15nm。孔结构分析知,由La_2NiO_4催化剂制备的碳纳米管的比表面积、总孔容、中孔孔容以及平均孔尺寸都大于由LaNiO_3所得的碳纳米管。分别作为超级电容器电极材料,发现在有机电解液中,这两种碳纳米管的电化学容量分别为25.0F/g和35.0F/g,且由La_2NiO_4催化剂制备的碳纳米管的等效串联电阻要小于LaNiO_3制备的碳纳米管。 在碳纳米管中掺杂从5%到30%比例不等的ZnOw晶须及纳米ZnO,分别作为超级电容器电极材料,发现比电容从11.6F/g最大增加到了23.9F/g,且电容器的可逆性也很好,循环性能也和掺杂前一样稳定。 采用电纺丝技术制备碳纳米管薄膜电极,制备过程简单,厚度可以控制,无需加入粘结剂等。TEM和光学显微镜观察,发现薄膜电极表面平滑,无凹凸不平现象,没有裂缝。对比普通涂覆方法制备的薄膜电极,应用于电化学超级电容器后,发现比电容由25.0F/g增加到了32.0F/g,内电阻降低,电化学性能得到了改善。 在800℃对活性碳纤维进行水蒸气活化处理,活化之后的活性碳纤维的比表面积从316.34m~2/g增加到了1809.32m~2/g,而孔容从0.169m~3/g增加到了0.811cm~3/g,而且2.0-50nm的中孔孔容也增加了两倍多。通过三电极体系测试循环伏安曲线,组装成电容器测试比电容,发现活化过后的活性碳纤维电极的比电容从47.35F/g增加到了91.05F/g,而且比电容也在随着活化时间的增加而增加。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB383;TM53

【引证文献】
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